本發(fā)明屬于橋梁樁基承載力分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種跨海大橋主墩混凝土樁基礎(chǔ)損傷分析方法。

背景技術(shù)：

混凝土構(gòu)件損傷機(jī)理比較復(fù)雜，受多重因素影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了不同的損傷分析模型，主要從變形和耗能兩方面來(lái)確定構(gòu)件損傷指數(shù)，經(jīng)過(guò)學(xué)者們不斷改進(jìn)和完善，對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷分析需要從最大變形和累積耗能兩方面聯(lián)合考慮才能更加真實(shí)的反映構(gòu)建的損傷狀況?？紤]到跨海大橋主墩基礎(chǔ)材料參數(shù)和幾何尺寸的不確定性，根據(jù)群樁單樁受力變形分析，樁基截面曲率能夠代表樁基受力變形發(fā)生損傷到破壞全過(guò)程的受力特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠通過(guò)樁基截面曲率來(lái)確定樁基損傷程度的跨海大橋主墩混凝土樁基礎(chǔ)損傷分析方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種跨海大橋主墩混凝土樁基礎(chǔ)損傷分析方法，包括如下步驟：

步驟1：建立混凝土樁基礎(chǔ)損傷分析模型，設(shè)定第i個(gè)樁基的損傷指數(shù)di，并使：

上式中：

β為組合參數(shù)，β＝(-0.447+0.073λ+0.24n0+0.314ρt)×0.7ρω；

—樁端截面實(shí)測(cè)曲率；

—樁體混凝土開(kāi)裂時(shí)的曲率，即混凝土達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的曲率；

—樁體混凝土極限破壞狀態(tài)下的曲率，即混凝土達(dá)到混凝土極限壓應(yīng)變時(shí)的曲率；

∫dε—為循環(huán)加載的累積滯回耗能；

m—樁端截面彎矩；

λ—剪跨比；

n0—軸壓比；

ρt—縱筋配筋率，ρt＜0.75％時(shí)取為0.75％；

ρω—體積配箍率；

步驟2：設(shè)定樁基各狀態(tài)下曲率與樁體極限破壞狀態(tài)下的曲率之間的比值以及常數(shù)1作為損傷指數(shù)di的對(duì)比參考值；其中為樁基混凝土達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)的曲率，為樁基截面屈服曲率，即樁基鋼筋達(dá)到鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)樁基的曲率；

步驟3；將實(shí)驗(yàn)樁基的損傷指數(shù)di與所述對(duì)比參考值進(jìn)行比較，并依據(jù)比較結(jié)果劃定樁基的損傷程度，損傷程度包括以下幾級(jí)：

完好：

輕微：

中等：

嚴(yán)重：

破壞：di≥1.0。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明通過(guò)設(shè)定樁基的損傷指數(shù)，并將樁基損傷指數(shù)與樁基各狀態(tài)下曲率和樁體極限破壞狀態(tài)下的曲率之間的比值以及常數(shù)1進(jìn)行比較，依據(jù)比較結(jié)果劃定樁基損傷指數(shù)，損傷指數(shù)的確定考慮了彎矩、剪跨比、軸壓比、縱筋配筋率、體積配箍率等多重因素的影響，分析結(jié)果客觀、準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的樁基損傷程度劃分圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的b10墩群樁樁平面布置圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的單樁基礎(chǔ)鋼筋構(gòu)造圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的eicentro地震波時(shí)程圖；

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例所提供的曲線(n＝100000n)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

考慮到跨海大橋主墩基礎(chǔ)材料參數(shù)和幾何尺寸的不確定性，根據(jù)群樁單樁受力變形分析，樁基截面曲率能夠代表樁基受力變形發(fā)生損傷到破壞全過(guò)程的受力特性，本研究在park和ang的雙參數(shù)損傷模型的基礎(chǔ)上提出樁基損傷曲率分析模型如下：

β＝(-0.447+0.073λ+0.24n0+0.314ρt)×0.7ρω

式中：di—第i個(gè)樁基的損傷指數(shù)；

—樁端截面曲率；

—樁體混凝土開(kāi)裂時(shí)的曲率，即混凝土達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的曲率；

—樁體混凝土極限破壞狀態(tài)下的曲率，即混凝土達(dá)到混凝土極限壓應(yīng)變時(shí)的曲率；

β—組合參數(shù)；

∫dε—為循環(huán)加載的累積滯回耗能；

m—樁端截面彎矩；

λ—剪跨比；

n0—軸壓比；

ρt—縱筋配筋率，ρt＜0.75％時(shí)取為0.75％；

ρω—體積配箍率；

本研究在已有研究成果基礎(chǔ)上，根據(jù)樁基礎(chǔ)各階段受力損傷特征和試驗(yàn)結(jié)果將樁基損傷程度分為5個(gè)：完好、輕微、中等、嚴(yán)重、破壞，具體如下：

完好：為時(shí)對(duì)應(yīng)的樁基曲率，即樁基混凝土達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)的曲率，表示混凝土達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值對(duì)應(yīng)應(yīng)變；

輕微：為對(duì)應(yīng)曲率，為混凝土達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)應(yīng)變；

中等：為對(duì)應(yīng)曲率，即樁基鋼筋達(dá)到鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)樁基的曲率，為鋼筋達(dá)到鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值下的應(yīng)變(按公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則(jtg/tb02-01-2008)附錄b.0.1計(jì)算)；

嚴(yán)重：為εc＝εcu對(duì)應(yīng)曲率，εc＝εcu為混凝土達(dá)到混凝土極限壓應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)變(按公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則(jtg/tb02-01-2008)附錄b.0.2計(jì)算)；

破壞：di≥1.0

樁基損傷程度定量描述見(jiàn)表1。

表1樁基損傷程度定量描述

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明：

1.工程概況

杭州灣跨海大橋之北航道橋是一座雙塔雙索面的斜拉橋，橋梁全長(zhǎng)908m，跨徑組合為70m+160m+448m+160m+70m，如圖2所示，主墩底下設(shè)置26根如圖3所示的直徑3.1m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，平均樁長(zhǎng)125m，承臺(tái)為六邊形圓倒角整體式承臺(tái)，尺寸為48.5×23.7×6.0m[97]。本研究選取主墩b10群樁基礎(chǔ)之中一單樁進(jìn)行受力損傷分析。

2.主塔基礎(chǔ)損傷受力分析

本研究采用midascivl軟件對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析，完成了杭州灣跨海大橋之北航道橋b10主墩地震動(dòng)時(shí)程分析，建立計(jì)算模型，模型材料特性如表2所示。

表2模型材料特性

地震基本烈度為ⅵ度，設(shè)計(jì)按vii度設(shè)防，地震時(shí)程分析采用eicentro地震波模擬，見(jiàn)圖4。

由模型分析得到的曲線見(jiàn)圖5。跨海大橋主墩基礎(chǔ)豎向主要承受主墩自重、上部結(jié)構(gòu)恒載和活載，因活載占比例較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算將活載按恒載統(tǒng)一計(jì)算，這樣在損傷分析中樁基頂面所受軸力n可以認(rèn)為是不變的常值，利用計(jì)算結(jié)果根據(jù)損傷模型可以計(jì)算出來(lái)每根樁基相應(yīng)的損傷指數(shù)di，本橋主墩樁基在水平地震作用下各樁基受力變形一致，故只需計(jì)算出一個(gè)樁基的損傷指數(shù)di，經(jīng)過(guò)計(jì)算得主墩基礎(chǔ)整體損傷指數(shù)d＝di對(duì)應(yīng)表1可以確定損傷指數(shù)對(duì)應(yīng)的損傷程度。

為對(duì)應(yīng)曲率，經(jīng)計(jì)算

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(jtg/tb02-01-2008)式b.0.1-2得：

式中：φy―樁基截面屈服曲率(1/m)；

εy―鋼筋的屈服應(yīng)變；

d―樁基截面直徑(m)。

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(jtg/tb02-01-2008)式b.0.2-1和式b.0.2-1得：

φu＝min(φu1,φu2)＝0.0608

式中：φu―樁基截面極限曲率(1/m)；

p―樁基截面豎向荷載(kn)；

f′c―混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kn/m2)；

ag―樁基截面面積(m2)；

εs―鋼筋極限拉應(yīng)變，可取εs＝0.09；

εcu―約束混凝土的極限壓應(yīng)變，可按下式計(jì)算：

ρs―約束鋼筋的體積含筋率；

fkh―箍筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(kn/m2)；

f′cc―約束混凝土的峰值應(yīng)力(kn/m2)；

―約束鋼筋的折減極限應(yīng)變，

本橋主墩樁基在水平地震作用下各樁基受力變形一致，故只需計(jì)算出一個(gè)樁基的損傷指數(shù)。

根據(jù)損傷模型

主墩基礎(chǔ)整體損傷指數(shù)d＝di＝0.23

由查表1可以確定損傷該主墩對(duì)應(yīng)的損傷程度為中等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。